土力學(xué)電子教案之土的滲透性和滲透問題

教案表頭第二章 土的滲滲透性和滲滲透問題課堂教學(xué)實踐教學(xué)課時32內(nèi)容提要1．達西定律；2．滲透系數(shù)及其其確定方法法；3．滲透力和滲透透變形；4．滲流工程問題題與處理措措施。能力培養(yǎng)要求1．掌握水在土中中滲透的基基本規(guī)律，掌掌握滲透系系數(shù)確定方方法；2．領(lǐng)會滲透力和和滲透變形形的概念；；3．了解滲流工程程問題與處處理措施。教學(xué)形式教師主講、課堂堂討論、學(xué)學(xué)生講評、提提問答疑、工工程案例分分析等日期班級課室時間90min復(fù)習(xí)舊課時間min新課題目第一節(jié)達西定定律第二節(jié)滲透系系數(shù)及其確確定方法教學(xué)目標1．熟悉達西定律律2．領(lǐng)會測定土的的滲透系數(shù)數(shù)原理3．了解滲透力與與臨界水力力坡降的定定義4．熟悉滲透變形形的類型及及特點教學(xué)輔助資料多媒體課件、三三角板等教學(xué)內(nèi)容設(shè)計及安排第二章土的滲透性和滲透問題第一節(jié)達西定律【基本內(nèi)容】滲透——在水位差作用下，水透過土體孔隙的現(xiàn)象。滲透性——土具有被水透過的性能。一、達西定律v=ki=k或用滲流量表示為q=vA=kiA式中v――滲透速度，cm/s或m/d；q――滲流量，cm3/s或m3/d；i=h/L――水力坡降（水力梯度），即沿滲流方向單位距離的水頭損失，無因次；h――試樣兩端的水頭差，cm或m；PAGE2L――滲徑長度；cm或m；k――滲透系數(shù)，cm/s或m/d；其物理意義是當(dāng)水力梯度i等于1時的滲透速度；A――試樣截面積，cm2或m2。【注意】由上式求出的v是一種假想的平均流速，假定水在土中的滲透是通過整個土體截面來進行的。水在土體中的實際平均流速要比達西定律采用的假想平均流速大。二、達西定律的適用范圍與起始水力坡降對于密實的粘土：由于結(jié)合水具有較大的粘滯阻力，只有當(dāng)水力梯度達到某一數(shù)值，克服了結(jié)合水的粘滯阻力后才能發(fā)生滲透。起始水力梯度――使粘性土開始發(fā)生滲透時的水力坡降。(a)砂土(b)密實粘土(c)礫石、卵石粘性土滲透系數(shù)與水力坡降的規(guī)律偏離達西定律而呈非線性關(guān)系，如圖（b）中的實線所示，常用虛直線來描述密實粘土的滲透規(guī)律。(2-3)式中ib――密實粘土的起始水力坡降；對于粗粒土中（如礫、卵石等）：在較小的i下，v與i才呈線性關(guān)系，當(dāng)滲透速度超過臨界流速vcr時，水在土中的流動進入紊流狀態(tài)，滲透速度與水力坡降呈非線性關(guān)系，如圖（c）所示，此時，達西定律不能適用。第二節(jié)滲透系數(shù)及其確定方法【基本內(nèi)容】一、滲透試驗1．常水頭試驗常水頭試驗適用于透水性大（k>10-3cm/s）的土，例如砂土。常水頭試驗就是在整個試驗過程中，水頭保持不變。試驗時測出某時間間隔t內(nèi)流過試樣的總水量V，根據(jù)達西定律PAGE3即2．變水頭試驗粘性土由于滲透系數(shù)很小，流經(jīng)試樣的總水量也很小，不易準確測定。因此，應(yīng)采用變水頭試驗。變水頭試驗就是在整個試驗過程中，水頭隨時間而變化的一種試驗方法。利用數(shù)學(xué)方法可得到滲透系數(shù)如用常用對數(shù)表示，上式可寫為二、影響滲透系數(shù)的因素【討論】上述因素對滲透系數(shù)的影響三、成層土的滲透系數(shù)1．平行層面滲透系數(shù)【討論】對于成層土，如果各土層的厚度大致相近，而滲透性卻相差懸殊時，與層向平行的平均滲透系數(shù)將取決于最透水層的厚度和滲透性。2．垂直層面滲透系數(shù)【討論】對于成層土，如果各土層的厚度大致相近，而滲透性卻相差懸殊時，與層面垂直的平均滲透系數(shù)將取決于最不透水層的厚度和滲透性?！纠}先自習(xí)后講解】【例2-1】設(shè)做變水頭滲透試驗的粘土試樣的截面積為30㎝2，厚度為4cm，滲透儀細玻璃管的內(nèi)徑為0.4cm，試驗開始時的水位差為160cm，經(jīng)時段15分觀察得水位差為52cm，試驗時的水溫為30℃，試求試樣的滲透系數(shù)。【解題思路】熟悉變水頭公式計算k20第三節(jié)滲透力和滲透變形【基本內(nèi)容】PAGE4一、滲透力和臨界水力坡降1．滲透力滲透力――水在土體中流動時，滲透水流施加于單位土粒上的拖曳力。滲透力的特點【討論】滲透力對土體穩(wěn)定的影響2．臨界水力坡降——使土體開始發(fā)生滲透變形的水力坡降。設(shè)計時，將滲流逸出處的水力坡降控制在允許坡降[i]內(nèi)，即i≤[i]二、滲透變形滲透水流將土體的細顆粒沖走、帶走或局部土體產(chǎn)生移動，導(dǎo)致土體變形，這類問題稱為滲透變形問題。1．滲透變形的基本形式2．流土的特點：發(fā)生于地基或土壩下游滲流出逸處，而不發(fā)生于土體內(nèi)部。開挖基坑或渠道時常常遇到的流砂現(xiàn)象，就屬于流土破壞。細砂、粉砂、淤泥等較易發(fā)生流土破壞。3．管涌的特點：既可以發(fā)生在土體內(nèi)部，也可以發(fā)生在滲流出口處。它的發(fā)展一般有個時間過程，是一種漸進性的破壞。管涌的臨界水力梯度icr一般通過試驗確定?！竟こ探?jīng)驗】粘性土由于粒間具有粘聚力，連結(jié)較緊，常不出現(xiàn)管涌而只發(fā)生流土破壞；不均勻系數(shù)Cu>10的勻粒砂土，在一定的水力梯度下，局部地區(qū)較易發(fā)生流土破壞；對Cu>10的砂和礫石、卵石，分兩種情況。當(dāng)孔隙中細粒含量較少（小于30%）時，只要較小的水力坡降，就足以推動這些細粒發(fā)生管涌。如它們的孔隙中細粒增多，以至塞滿全部孔隙（此時細料含量約為30%~35%），便不出現(xiàn)管涌而會發(fā)生流土現(xiàn)象?！咎釂柎鹨伞俊颈敬握n小結(jié)】1．達西定律2．測定滲透系數(shù)的方法3．滲透力與滲透變形【復(fù)習(xí)思考】達西定律的適用條件有哪些？PAGE52．實驗室測定滲透系數(shù)的方法有哪兩種？它們分別適用于什么情況？3．何謂滲透力？其大小、方向、單位如何？4．滲透變形的基本形式有分哪兩種？它們分別有什么特征？【課后作業(yè)】課后反饋意見PAGE6教案表頭：日期班級課室時間45min復(fù)習(xí)舊課上節(jié)課主要內(nèi)容容及反饋信信息時間min新課題目第四節(jié)滲流工工程問題與與處理措施施※習(xí)題復(fù)習(xí)課教學(xué)目標1．了解常見工程程滲流問題題及其處理理措施2．系統(tǒng)復(fù)習(xí)全章章內(nèi)容3．提高學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)積極性、提提高學(xué)生解解決問題能能力教學(xué)輔助資料多媒體課件及相相關(guān)工程資資料教學(xué)內(nèi)容設(shè)計及及安排第四節(jié)滲流工工程問題與與處理措施施【基本內(nèi)容】一、滲流工程問問題1．地下水的浮托托作用2．地下水的潛蝕蝕作用3．流砂4．基基坑突涌二、防滲處理措措施1．水工建筑物滲滲流處理措措施水工建建筑物的防防滲工程措措施一般以以“上堵下疏”為原則，上上游截滲、延延長滲徑，下下游通暢滲滲透水流，減減小滲透壓壓力，防止止?jié)B透變形形。①垂直截滲垂直截截滲墻、帷帷幕灌漿、板板樁等都屬屬于垂直截截滲。②設(shè)置水平鋪蓋上游設(shè)設(shè)置水平鋪鋪蓋，延長長水流滲透透路徑。③設(shè)置反濾層在水工建筑物下游游設(shè)置反濾濾層，既可可通暢水流流，又起到到保護土體體、防止細細粒流失而而產(chǎn)生滲透透變形。④排水減壓為減小下游滲透透壓力，常常常在水工工建筑物下下游、基坑坑開挖時，設(shè)設(shè)置減壓井井或深挖排排水槽?！竟こ虒嵗俊居懹懻摗坎捎糜蒙鲜龃胧┦┑脑?．基坑開挖防滲措措施①工程降水可采用明溝排水水和井點降降水的方法法人工降低低地下水位位。②設(shè)置板樁沿坑壁打入板樁樁，它一方方面可以加加固坑壁，同同時增加了了地下水的的滲流路徑徑，減小水水力PAGE7坡降。③水下挖掘在基坑或沉井中中用機械在在水下挖掘掘，避免因因排水而造造成流砂的的水頭差。為為了增加砂砂的穩(wěn)定性性，也可向向基坑中注注水，并同同時進行挖挖掘?；娱_挖防滲措措施還有凍凍結(jié)法、化化學(xué)加固法法、爆炸法法等?！?xí)題復(fù)習(xí)課【學(xué)生講臺解答答作業(yè)】【學(xué)生互評】【教師點評】【工程防滲實例例簡介】【提問答疑】【本章小結(jié)】1．層流狀態(tài)，水水在土中的的滲透速度度與試樣的的水力梯度度（或水力力坡降）成成正比；2．常水頭試驗適用用于透水性性大（k>10-33cm/s）